Інформація про новину
  • Переглядів: 65
  • Дата: 9-05-2021, 00:12
9-05-2021, 00:12

1.6. Композитні матеріали

Категорія: Матеріалознавство





Попередня сторінка:  1.5. Бетон і залізобетон
Наступна сторінка:   1.7. Наноматеріали

Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• структуру та склад композитів;

• основні види армування композитних матеріалів;

• природу матричних матеріалів.

Композитними називають штучно створені матеріали, які складаються з двох або більше компонентів, що мають різні хімічні властивості й межі розподілу.

1. Окремі фази композитного матеріалу (або композиту) виконують специфічні функції, забезпечуючи властивості, яких не має жодний із окремих компонентів. Зазвичай композити отримують поєднанням двох або більше компонентів, які нерозчинні або малорозчинні один в одному і мають різні властивості.

Один компонент є пластичним (зв'язувальна речовина, або матриця), а другий має високі характеристики міцності (наповнювач, або зміцнювач). Тож кожний компонент композитного матеріалу відіграє свою специфічну роль: матриця забезпечує пластичність, зміцнювач - міцність матеріалу.

2. За структурою наповнювача композитні матеріали поділяють на:

- дисперсно-армовані, або дисперсно-зміцнені (з наповнювачем у вигляді тонкодисперсних частинок);

- волоконні компоненти (армовані волокнами і ниткоподібними кристалами);

- шаруваті компоненти (армовані плівками, пластинками, шаруватими наповнювачами).

3. Для металевої матриці найчастіше використовують алюміній, магній, титан, нікель, кобальт або сплави на їх основі. Армують металеві композитні матеріали високоміцними волокнами з бору, вуглецю, важкоплавких оксидів, карбідів, нітридів, а також волокнами зі сталі, берилію, вольфраму.

4. Металевий композитний матеріал на основі алюмінію типу САП (спечена алюмінієва пудра), у якому матрицею слугує алюміній, а зміцнювальним компонентом - частинки оксиду алюмінію, добре деформується у гарячому стані, обробляється різанням, легко зварюється. Із нього виробляють листи, фольгу і штамповки (штоки поршнів, лопатки компресорів, труби теплообмінників). Вироби з порошків алюмінію і оксиду алюмінію виготовляють шляхом пресування і подальшого спікання.

5. Композитні керамічні матеріали одержують спіканням при температурі 1500-2500 °С оксидів, силіцидів або сполук металу з вуглецем, азотом, бором. Серед оксидів найчастіше використовують корунд (АІ203), з карбідів - карборунд (SiC), з нітридів - Si3N4. Усі ці сполуки мають високу температуру плавлення (від 1800 до 2700 °С) і високу твердість і міцність при температурі близько 1200 °С.

6. Керамічні матеріали вирізняються високою тепло-, жаро-, ерозійною стійкістю, тому із них виготовляють важко навантажені вироби (лопатки газотурбінних двигунів, деталі двигунів внутрішнього згоряння, обтікальні носові частини ракет тощо). Для лопаток газових турбін застосовують матеріали на основі карбідів нітридів Si, Ті, Mg. Такі лопатки здатні витримувати температуру 1600 °С.

7. Вугле- і склопластики є перспективними матеріалами для використання в будівництві у вигляді профілів (балок, швелерів, двотаврів тощо). Із вуглеплас-тику виготовляють деталі автомобіля: шатуни, ресори, карданні вали, при цьому вироби стають дуже легкими. (Приміром, компанія «Форд» понад тисячу видів деталей автомобіля створює з композитних матеріалів.)

8. Композитні матеріали на основі вуглецевого волокна створюють, використовуючи як зв'язувальний елемент епоксидну, кремнійорганічну та інші смоли. Конструкційні вуглепластики мають унікальні властивості завдяки вуглеволокну. Вуглецеве волокно - матеріал, який складається з тонких ниток діаметром від 5 до 15 мкм, утворюваних переважно атомами вугле-

цю. Вуглецеві волокна характеризуються великою міцністю, низьким коефіцієнтом температурного розширення та хімічною інертністю.

9. Ефективність і працездатність матеріалу залежать від правильного вибору вихідних компонентів і технології їх суміщення, покликаної забезпечити міцний зв'язок між компонентами при збереженні їхніх початкових характеристик. У результаті поєднання ар-мувальних елементів і матриці утворюється комплекс властивостей композиту, який не тільки відображає вихідні характеристики його компонентів, а й набуває нових властивостей, яких не мають ізольовані компоненти.

10. Сучасна авіація, ракетно-космічна техніка, суднобудування, машинобудування не можуть існувати без полімерних композитів. Ці матеріали є легшими й міцнішими, ніж найкращі металеві (алюмінієві й титанові) сплави, їх застосування дає змогу знизити вагу виробу (літака, ракети, космічного корабля) і, відповідно, скоротити витрату палива.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Назвіть основні властивості композитних матеріалів.

2. Як поділяють композитні матеріали за структурою наповнювача?

3. Чим відрізняється матриця, або зв'язувальна речовина, від наповнювача або зміцнювача?

4. Що таке композит?

5. Назвіть основні властивості керамічних матеріалів.

6. Який із компонентів композитного матеріалу називають матрицею?

7. Що таке вуглепластики?

8. Поясніть технологію виготовлення металопластиків.

 

 

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019

 



Попередня сторінка:  1.5. Бетон і залізобетон
Наступна сторінка:   1.7. Наноматеріали



^